[发明专利]高速铁路超大断面富水黄土隧道衬砌构造

说明书

技术领域

本发明涉及高速铁路，特别涉及高速铁路超大断面富水黄土隧道的衬砌构造。

背景技术

近些年来我国在黄土地区修建了大量公路、铁路隧道，其中一些黄土隧道土体含水量较大，如宝兰二线新松树湾隧道，黄延高速公路道南隧道等，为黄土隧道的修建技积累了一些经验。但这些已经建成的黄土隧道由于运营期间线路及路面对结构下沉要求不高，采用普通的喷锚网和钢架组成的初期支护体系，重点在于保证施工过程的安全，不太重视隧道修建好后运营阶段的结构下沉问题。而实际上以往公路、铁路黄土隧道运营期间均有不同的结构下沉问题，而这种情况在高速铁路隧道中是必须避免的。

郑州至西安铁路客运专线，线路全长458.8km，是我国在黄土地区新建的运营速度为350km/h的第一条铁路客运专线。全线隧道共计38座，总长约77km，其中黄土隧道总长50km。该客运专线隧道内铺设无砟轨道，要求隧道内线路有高度的平顺性，工后沉降要求不大于15mm，不同结构物间的差异沉降不应大于5mm，沉降控制标准高，必须采用有效的衬砌结构，避免因为运营期间基底受扰动后产生较大的工后沉降。

富水黄土属于典型的黏质粉土。在天然条件下处于硬塑/坚硬状态，承载力较高，压缩变形较小，工程性质良好。但在开挖后，随着黄土围岩孔隙水的逐渐渗出，围岩的松弛、软化现象非常明显，强度大大衰减。特别是在隧道开挖施工机械反复碾压下，基底黄土泥化、软化非常严重，甚至成流塑状态。这种状态会引起初期支护过大的沉降，给隧道的施工和安全带来不利影响，难以满足高速铁路对线下结构工后沉降、变形和长期稳定性的严格要求。在高速列车动荷载长期作用下，富水黄土隧道基底是否软化、泥化以及对隧底长期稳定产生的后果是困扰郑西客专建设的关键问题之一。

发明内容

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路超大断面富水黄土隧道衬砌构造，衬砌构造能有效地控制隧道结构工后沉降并保持长期稳定，从而满足高速铁路的运营要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高速铁路黄土隧道衬砌构造，包括外衬和内衬，衬由封闭黄土围岩的拱顶段、拱墙段和仰拱段构成，其特征是：所述拱顶段的拱脚部横向加宽，其内埋设有周向延伸的拱顶钢架，拱顶钢架由锁脚锚杆锚固在黄土围岩上。

所述仰拱段下设置有混凝土保护层。

本发明的有益效果是，解决了在富水黄土地质条件下大断面黄土隧道施工的技术难题，能有效地控制隧道结构工后沉降并保持长期稳定，模拟高速列车运行的现场激振试验表明，高速列车运行20年后隧道内仰拱填充面累计沉降不大于0.5mm，远远小于高速铁路安全运营对隧道结构工后沉降的要求(≤15mm)。

附图说明

本说明书包括如下五幅附图：

图1是本发明高速铁路超大断面富水黄土隧道衬砌构造的断面结构示意图；

图2是图1中A局部的放大示意图；

图3是图1中B局部的放大示意图；

图4是张茅隧道DK224+540断面实测沉降曲线图；

图5是激振试验仰拱填充面累计沉降——激振次数关系曲线图。

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：外衬10、拱顶段11、拱脚部11a、拱顶钢架11b、锁脚锚杆11c、拱墙段12、拱墙钢架12a、仰拱段13、仰拱钢架13a、混凝土保护层14、内衬20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明高速铁路超大断面富水黄土隧道衬砌构造，包括外衬10和内衬20，外衬10由封闭黄土围岩的拱顶段11、拱墙段12和仰拱段13构成。参照图2，所述拱顶段11的拱脚部11a横向加宽，其内埋设有周向延伸的拱顶钢架11b，拱顶钢架11b由锁脚锚杆11c锚固在黄土围岩上。即在隧道上台阶开挖后，两侧拱脚分别向外扩挖一定宽度，架设型钢钢架14，并用锁脚锚杆13锚固后立即喷射混凝土封闭黄土围岩形成拱顶段11。由于加宽的拱脚部11a增大了拱脚受力面积，拱顶钢架11b、锁脚锚杆11c的设置提高了脚承的承载力，因此能有效地控制拱部初期支护下沉。

参照图2，为有效地控制黄土围岩的变形和增强初期支护的稳定性，所述拱顶段11为其内加设钢筋网的喷射混凝土层。参照图1和图2，所述拱墙段12内埋设有周向延伸的拱墙钢架12a，仰拱段13内埋设有周向延伸的仰拱钢架13a，拱顶钢架11b与拱墙钢架12a、拱墙钢架12a与仰拱钢架13a对接，形成环绕黄土围岩周壁的全环钢架。